CN114945214A - 基于lfm的多用户天基物联传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LFM的多用户天基物联传输方法及装置，为不同用户LFM调制时频波形配置对应的斜率，以确定任一用户的调制信号，其中，为所述任一用户配置的斜率满足不改变扩频因子的前提下的小数倍斜率；基于相位与频率的关系，确定所述任一用户的LFM调制信号的时域信号，以基于确定的时域信号执行发送；确定所述任一用户对应的未调制的下啁啾LFM信号的时域信号；基于所述未调制的下啁啾LFM信号的时域信号对所述任一用户的时域信号进行信号处理；对信号处理之后获得的信号进行离散傅里叶变换，以解调出所述任一用户的接收信号。用以降低对发射功率的需求，实现低功耗，提出多用户的并发方案，实现在相同时频资源下的多用户并发接入和传输。

Description

基于LFM的多用户天基物联传输方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于LFM的多用户天基物联传输方法及装置。

背景技术

物联网在交通控制、智能家具、远程医疗、遥感勘测等各行各业的应用快速增长，物联网基础设施规模也在不断增长。NB-IoT、eMTC、LoRa等地面物联网技术也得到了学术界和工业界的广泛研究，他们在低功耗、低成本、强覆盖和大容量等性能方面具有一定的优势。然而，由于基站建设受地理环境的影响，地面网络无法在沙漠、海洋、拥挤的城市等特殊环境下实现全面覆盖；另一方面，远洋物流等大量国际业务的发展，对物联网的连续覆盖范围和容量等提出了更高的需求，加剧了地面物联网能力受限与不断增长的业务需求之间的矛盾。

天基物联网具有广覆盖、容量大及不受地理环境影响等优势，可以有效解决地面物联网系统的不足，天基物联传输技术受到广泛关注和研究。在天基物联网系统中，一颗卫星的覆盖范围通常在数千公里，需要服务的天基物联用户终端数量巨大，对多用户并发传输能力提出了较高的要求，必须设计高效的多用户传输系统。

发明内容

本发明实施例提供一种基于LFM的多用户天基物联传输方法及装置，用以降低对发射功率的需求，实现低功耗，提出多用户的并发方案，实现在相同时频资源下的多用户并发接入和传输。

本发明实施例提供一种基于LFM的多用户天基物联传输方法，包括：

在发送端执行如下步骤：

为不同用户LFM调制时频波形配置对应的斜率，以确定任一用户的调制信号，其中，为所述任一用户配置的斜率满足不改变扩频因子的前提下的小数倍斜率；

基于相位与频率的关系，确定所述任一用户的LFM调制信号的时域信号，以基于确定的时域信号执行发送；

在接收端执行如下步骤：

确定所述任一用户对应的未调制的下啁啾LFM信号的时域信号；

基于所述未调制的下啁啾LFM信号的时域信号对所述任一用户的时域信号进行信号处理；

对信号处理之后获得的信号进行离散傅里叶变换，通过搜索最大值以解调出所述任一用户的接收信号。

可选的，为不同用户LFM调制时频波形配置对应的斜率，以确定任一用户的调制信号满足：

其中B为带宽，M＝2^SF，

SF表示扩频因子，m∈[0,1,…,M-1]，K_i为第i个用户的斜率，且K_i∈(0,2)，且|K_i-K_j|≥0.05,i≠j，u(t)为阶跃函数。

可选的，基于相位与频率的关系，确定所述任一用户的LFM调制信号的时域信号满足：

其中，x(t；m)为LFM调制信号。

可选的，所述任一用户对应的未调制的下啁啾LFM信号时域信号满足：

其中，x^*(t；0)表示x(t；0)的共轭。

可选的，基于所述未调制的下啁啾LFM信号的时域信号对所述任一用户的时域信号进行信号处理包括：

利用所述未调制的下啁啾LFM信号时域信号与所述时域信号相乘，以消除时域信号的二次项，满足：

可选的，对信号处理之后获得的信号进行离散，以解调出所述任一用户的接收信号包括：

离散后的信号满足：

其中，

n为数字序列号，f_s为抽样时间；

对离散后的信号进行傅里叶变换，满足：

其最大值所对应的k即为用户i的符号信息

本申请实施例还提出一种基于LFM的多用户天基物联传输装置，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的基于LFM的多用户天基物联传输方法的步骤。

本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的基于LFM的多用户天基物联传输方法的步骤。

本发明实施例提出了基于LFM调制技术支持极低信噪比下的正确解调方法，降低了对发射功率的需求，实现低功耗。并且本申请提出了多用户并发方案，实现在相同时频资源下的多用户并发接入和传输，为海量低功耗物联用户传输系统设计提供了技术基础。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例的多用户天基物联传输方法的基本流程图；

图2为本申请实施例中不同用户相同符号对应的信号频率随时间的变化曲线；

图3a、图3b、图3c为本申请实施例中不同斜率下信号频率与时间关系曲线；

图4为本申请实施例不同斜率支持下多用户解调性能曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供一种基于LFM的多用户天基物联传输方法，如图1所示，包括：

在发送端执行如下步骤：

在步骤S101中，为不同用户LFM调制时频波形配置对应的斜率，以确定任一用户的调制信号，其中，为所述任一用户配置的斜率满足不改变扩频因子的前提下的小数倍斜率。本示例中的小数倍斜率可以是为用户分配的斜率之差在一定较小的范围。在多用户传输方案中，定义带宽为B，扩频因子为SF,则一个LFM(线性调频)符号由M＝2^SF个chip(码片)组成，一个符号的持续时间为

由此在发送端，第i个用户的LFM调制信号(上啁啾)瞬时频率满足：

其中m∈[0,1,…,M-1]，K_i为第i个用户的斜率，且K_i∈(0,2)，且|K_i-K_j|≥0.05,i≠j，u(t)为阶跃函数。

在步骤S102中，基于相位与频率的关系，确定所述任一用户的LFM调制信号的时域信号，以基于确定的时域信号执行发送。

在一些实施例中，基于相位与频率的关系，确定所述任一用户的LFM调制信号的时域信号满足：

其中，x(t；m)为LFM调制信号。

在接收端执行如下步骤：

在步骤S103中，确定所述任一用户对应的未调制的下啁啾LFM信号的时域信号。

在一些示例中，所述任一用户对应的未调制的下啁啾LFM信号时域信号满足：

其中，x^*(t；0)表示x(t；0)的共轭。

在步骤S104中，基于所述未调制的下啁啾LFM信号的时域信号对所述任一用户的时域信号进行信号处理。

在一些示例中，基于所述未调制的下啁啾LFM信号的时域信号对所述任一用户的时域信号进行信号处理包括：

利用所述未调制的下啁啾LFM信号时域信号与所述时域信号相乘，以消除时域信号的二次项，满足：

在一些实施例中，对信号处理之后获得的信号进行离散，以解调出所述任一用户的接收信号包括：

离散后的信号满足：

其中，

n为数字序列号，f_s为抽样时间；

对离散后的信号进行傅里叶变换，满足：

其最大值所对应的k即为用户i的符号信息

在步骤S105中，对信号处理之后获得的信号进行离散，以解调出所述任一用户的接收信号。由此不同用户采用不同的斜率K_i，即可在接收端实现不同用户的正确解调，实现多用户并发传输。

本申请的方法还提出一种基于LFM的多用户天基物联传输方法的实施案例，包括如下步骤：

定义带宽为B＝512kHz，扩频因子为SF＝13，用户数为3时，具体实现步骤如下：

在发送端，步骤S201、设计3个用户的K_i分别为0.95、1.0和1.05，得到不同K_i下的LFM调制信号波形，到第i个用户的LFM调制信号的时域波形为：

在接收端，在步骤S202、对连续信号进行离散化，抽样时间为f_s。

在步骤S203、利用未调制的下啁啾LFM信号

与用户的调制信号相乘，消除用户信号时域波形中的二次项，满足：

在接收端，在步骤S204、对其进行2^SF点的离散傅里叶变化，满足：

其对应的最大值所对应的k即为用户i的符号信息，实现在相同的扩频因子SF的情况下3个用户信息的正确解调。

本实例中，基于LFM的多用户天基物联传输方案，相关仿真结果见附图。如图2-图4所示，图2为不同用户采用不同小数倍斜率时信号频率随时间变化曲线，利用本申请所设计的小数倍斜率选取准则，不同用户可以基于相同扩频因子进行调制。图3a-图3c为不同斜率下解调信号的DFT频谱图，表明利用本申请的多用户天基物联传输方法在不同斜率下得到的不再是单频信号，但最大值明显，可以正确解调。图4为不同斜率下多用户解调性能曲线，表明本申请的多用户天基物联传输方法小数倍斜率用户的性能可以达到非小数倍斜率相同的解调性能。

本发明实施例提出了基于LFM调制技术支持极低信噪比下的正确解调方法，降低了对发射功率的需求，实现低功耗。本申请提出的基于差异化小数倍斜率的LFM多用户传输方法支持极低信噪比下的物联用户接入和传输。本申请的传输方法支持相同时频资源下的多用户并发接入和传输，可以灵活的与其它多用户方案结合，具有成倍增加支持用户数的显著优势。

本申请实施例还提出一种基于LFM的多用户天基物联传输装置，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的基于LFM的多用户天基物联传输方法的步骤。

本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的基于LFM的多用户天基物联传输方法的步骤。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种基于LFM的多用户天基物联传输方法，其特征在于，包括：

在发送端执行如下步骤：

为不同用户LFM调制时频波形配置对应的斜率，以确定任一用户的调制信号，其中，为所述任一用户配置的斜率满足不改变扩频因子的前提下的小数倍斜率；

基于相位与频率的关系，确定所述任一用户的LFM调制信号的时域信号，以基于确定的时域信号执行发送；

在接收端执行如下步骤：

确定所述任一用户对应的未调制的下啁啾LFM信号的时域信号；

基于所述未调制的下啁啾LFM信号的时域信号对所述任一用户的时域信号进行信号处理；

对信号处理之后获得的信号进行离散傅里叶变换，通过搜索最大值以解调出所述任一用户的接收信号。

2.如权利要求1所述的基于LFM的多用户天基物联传输方法，其特征在于，为不同用户LFM调制时频波形配置对应的斜率，以确定任一用户的调制信号满足：

其中B为带宽，M＝2^SF，

SF表示扩频因子，m∈[0,1,…,M-1]，K_i为第i个用户的斜率，且K_i∈(0,2)，且|K_i-K_j|≥0.05,i≠j，u(t)为阶跃函数。

3.如权利要求2所述的基于LFM的多用户天基物联传输方法，其特征在于，基于相位与频率的关系，确定所述任一用户的LFM调制信号的时域信号满足：

其中，x(t；m)为LFM调制信号。

4.如权利要求3所述的基于LFM的多用户天基物联传输方法，其特征在于，所述任一用户对应的未调制的下啁啾LFM信号时域信号满足：

其中，x^*(t；0)表示x(t；0)的共轭。

5.如权利要求4所述的基于LFM的多用户天基物联传输方法，其特征在于，基于所述未调制的下啁啾LFM信号的时域信号对所述任一用户的时域信号进行信号处理包括：

利用所述未调制的下啁啾LFM信号时域信号与所述时域信号相乘，以消除时域信号的二次项，满足：

6.如权利要求5所述的基于LFM的多用户天基物联传输方法，其特征在于，对信号处理之后获得的信号进行离散，以解调出所述任一用户的接收信号包括：

离散后的信号满足：

其中，

n为数字序列号，f_s为抽样时间；

对离散后的信号进行傅里叶变换，满足：

其最大值所对应的k即为用户i的符号信息

7.一种基于LFM的多用户天基物联传输装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的基于LFM的多用户天基物联传输方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的基于LFM的多用户天基物联传输方法的步骤。

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